The Exotic Excitations in Quantum Anomalous Hall Insulator / Superconductor Hybrid System

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本研究はエキゾチックな準粒子励起であるマヨラナフェルミオンおよびパラフェルミオンが出現する舞台の開拓を目的としたものである。研究代表者はまず、従来より研究を行っている量子異常ホール絶縁体(QAH)と超伝導体(SC)とのハイブリッド系(QAH/SC)の発展を試みた。その結果、異方的超伝導体を用いたQAH/SCにおいて多様な表面状態が出現することを明らかとし、特に時間反転の破れたヘリカルマヨラナモードの存在を示した。また、特定の状況下では2次元Bogoliubov Fermi面が存在することも示した。また、さらなるエキゾチック励起の特性解明のため、表面にエニオン励起が存在する分数量子ホール系の輸送模型を舞台とし、新たな研究の発展に取り組んだ。分数量子ホール系では、2粒子の交換の際に任意の位相因子を獲得するエニオンと呼ばれる準粒子の存在が示されている。それらの中で特に非可換エニオンを用いることで量子演算の実現が期待されている現状である。そこで我々は、パフィアン状態と呼ばれる分数量子ホール状態に現れるイジングエニオン（非可換エニオンの一種）の観測を試みる一つの手法として、ヘテロ構造における量子ポイントコンタクトの系を提案した。パフィアン状態分数量子ホール系と整数量子ホール系をポイントコンタクトで接合することで、各キャリアの不整合性から生じる「アンドレーエフ的反射」の輸送プロセスが生じることを提案し、またそれらが準粒子励起の種類によって「選択的」であることを確認した。本研究が、現在も盛んに行われている分数量子ホール系の実験、およびエキゾチック励起の観測という観点において、一つの足掛かりとなることを期待している。